Математичне моделювання та чисельний аналіз теплообміну в твердих тілах складної форми
Loading...
Files
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Національна академія наук України, Видавничий дім «Академперіодика»
Abstract
Вступ. Через надзвичайні ситуації можуть виникати вибухи, які супроводжуються виділенням температури та хвилями тиску, що руйнують конструкції на своєму шляху, спричиняючи пожежі.
Проблематика. Моделювання теплообміну в твердих тілах складної форми є актуальним завданням, оскільки прогнозування розподілу температурних полів можливо використовувати при проєктуванні захисних споруд. Тому створення нової математичної моделі, яка адекватно описує перехідні теплові процеси у твердих тілах, розробка ефективного методу розв’язання задачі та його реалізація у вигляді сучасної інформаційної системи, яка може бути використана в інженерних цілях для аналізу та прогнозування, є доцільним.
Мета. Математичне моделювання нестаціонарних температурних полів у твердих тілах в області значних температурних градієнтів, які виникають при аварійних вибухах газових сумішей.
Матеріали й методи. Чисельне моделювання нестаціонарних процесів теплообміну в багатозв’язаних твердих тілах складної форми, оточених теплопровідним газоподібним середовищем, виконано на основі єдиного кінцево-різницевого алгоритму.
Результати. Розглянуто спільну пряму задачу течії суцільного газоподібного середовища, теплообміну між газом і твердим тілом та теплопровідності всередині твердого тіла. Математична модель враховує просторовий характер перенесення маси, імпульсу й енергії, а також складну форму обтічних твердих тіл. Її перевірено через порівняння з аналітичними рішеннями тестових задач для нескінченної сталевої пластини. Отримано тривимірні температурні поля у просторових твердих тілах у вигляді різних примітивів, а також їхніх комбінацій. Проведено розрахунки теплообміну в лопатці турбіни суцільного перерізу, обладнаної порожнинами охолодження.
Висновки. Cтворену нову математичну модель може бути використано в інженерних цілях для аналізу та прогнозування. Тривимірні температурні поля можуть слугувати для оцінки термічного напруженого стану твердих тіл, а також характеристик міцності конструкцій, що знаходяться в зоні ударно-імпульсної дії високого надлишкового тиску внаслідок аварійного вибуху газових сумішей на промислових об’єктах.
Description
Keywords
TECHNOLOGY, NATURAL SCIENCES::Physics
Citation
Скоб, Ю., Калініченко, М., Мамонтов, І., Майборода, Р., Рашкевич, Н., & Отрош, Ю. (2025). МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТА ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТЕПЛООБМІНУ В ТВЕРДИХ ТІЛАХ СКЛАДНОЇ ФОРМИ. Science and Innovation, 21(5), 97–109. https://doi.org/10.15407/scine21.05.097